Internet dans un grain de sable

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INTERNET DANS
UN GRAIN DE SABLE
Les fi bres optiques
Dans le réseau internet, le transport de l’information d’un point
à l’autre se fait généralement au moyen d’une onde électroma-
gnétique.
La lumière visible
Les rayons du Soleil sont des ondes électromagnétiques. Notre œil n’en
voit qu’une petite partie: c’est la lumière visible ou lumière blanche.
L’arc-en-ciel ou la traversée d’un prisme en verre par un rayon de
lumière blanche nous montre que cette lumière visible est elle-même
constituée de très nombreux rayons lumineux, chacun d’une couleur
différente (Figure 1).
Décomposition de la lumière
blanche à travers un prisme.
Figure 1
Un prisme est
un solide de forme
pyramidal.
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Les objets connectés du futur
Les objets connectés du futur
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Nous ne voyons pas la plus grande partie des rayons du Soleil, pour-
tant nous savons qu’ils existent: par exemple, les rayons ultraviolets
(UV) détruisent notre peau et nous devons nous en protéger avec des
crèmes solaires. Les rayons infrarouges ou les rayons des fours micro-
ondes sont des rayons qui chauffent.
Il faut donc caractériser ces rayons que nous ne voyons pas, par autre
chose que leur couleur. Comme toutes les ondes, une onde électroma-
gnétique est caractérisée par sa longueur d’onde λ.
Pour comprendre, prenons comme exemple un caillou jeté dans l’eau,
il crée une onde de choc: le niveau de l’eau descend et remonte régu-
lièrement en fonction du temps. Cette onde se déplace à partir du point
de chute du caillou puisque l’on voit des cercles successifs dont le rayon
s’agrandit avec le temps (Figure 2).
Création d’une onde
de choc provoquée par le jet
d’un caillou dans l’eau.
Figure 2
La Longueur
d’onde λ est la
distance entre deux
points, où l’eau monte ou
descend de façon identique;
pour la mesurer facilement,
il faut prendre la distance entre
deux crêtes ou deux trous.
La vitesse V de l’onde
est la vitesse avec
laquelle les crêtes et/ou
les trous se déplacent.
Qu’est-ce qu’une onde électromagnétique ?
Un aimant crée un champ magnétique B qui par exemple attire les
objets métalliques.
Dans une batterie, l’électrode positive attire les éléments porteurs de
charges négatives, tandis que l’électrode négative attire les éléments
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LA CHIMIE DANS LES TIC
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porteurs de charges positives: cela parce qu’il existe un champ élec-
trique E entre les deux électrodes d’une batterie.
Une onde électromagnétique est constituée d’un champ magnétique
et d’un champ électrique perpendiculaires l’un à l’autre. Comme la
hauteur des ondes qui se propagent à la surface de l’eau, la valeur
de ces deux champs oscille régulièrement avec le temps.
De même que l’onde à la surface de l’eau, les deux champs électrique
et magnétique se propagent ensemble, et dans une direction orthogo-
nale avec une vitesse V (Figure 3).
Dessin d’une propagation
de champs électrique
et magnétique.
Figure 3
Comme toutes les ondes, l’onde électromagnétique (soit le rayon lumi-
neux) est caractérisée par sa longueur d’onde λ: c’est la distance qui
sépare deux crêtes (ou deux minima) de la fi gure 3.
Elle s’exprime en nanomètre (1/1 000 000 000 m), en micromètre
(1/1000000m) ou en millimètre.
La longueur des ondes utilisées dans les communications Internet est
de l’ordre du millimètre, c’est-à-dire très proche de celle des rayons de
la lumière visible, du coté du rouge (Figure 4).
La propagation de ces
ondes s’effectue à une
vitesse V qui dépend
du milieu dans lequel
elle se déplace. Dans le
vide, cette vitesse est
de 300000km/s.
Remarque
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Les objets connectés du futur
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La lumière peut-elle rester prisonnière
d’un milieu transparent ?
La réponse est oui et pour le prouver rappelons l’expérience simple
de la fontaine lumineuse de Daniel Colladon (1884): la lumière reste
prisonnière du fi let d’eau dans lequel elle se propage (Figure 5).
De même, la lumière d’un rayon laser reste prisonnière d’une fi bre
optique dans laquelle elle se propage (Figure 6).
Spectre électromagnétique qui
caractérise les ondes en fonction
de leur longueur d’onde.
Figure 4
L’expérience de la fontaine
lumineuse de Daniel Colladon
(1884).
Figure 5
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C’est ce phénomène qui est utilisé dans les communications Internet,
la microchirurgie de l’œil, les images internes du corps humain.
Qu’est-ce qu’une fi bre optique ?
Quel est son fonctionnement ?
La lumière reste prisonnière du fi let d’eau parce qu’elle se déplace moins
vite dans l’eau que dans l’air et qu’elle est réfl échie à l’interface eau-air.
Pour que la lumière reste prisonnière dans une fi bre optique, il faut donc
que le cœur de la fi bre joue le rôle de l’eau et la gaine celui de l’air.
Une fi bre optique est un assemblage concentrique de deux verres
(Figure 7) dans lequel la lumière circule moins vite dans la partie cen-
trale que dans la gaine.
Rayonnement laser injecté puis
véhiculé dans une fi bre optique.
Une fi bre optique dirige la lumière
laser sur plusieurs dizaines
de kilomètres.
Figure 6
Constitution d’une fi bre optique.
Figure 7
Le diamètre d’une fi bre
optique est à peine plus
gros que celui
d’un cheveu.
Un matériau entoure
la fi bre pour la protéger
du vieillissement,
des chocs, ou de la
pression. Grâce à cette
protection, une fi bre
optique peut se courber
et diriger la lumière
sur plusieurs dizaines
de kilomètres.
Remarque
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